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|简介清洁低碳是建设新电力系统的目标。为此，各领域都在努力开发绿色电源，目前日本新的基本电源能效标准GB20943计划于2024年提交审批。笔记本电脑适配器、POE电源、PD快充、USB充电器、USB插头、电动自行车充电器、电池充电器、台式PC电脑电源、工作站服务器电源、数据中心电源、工业电源、开放式电源、导轨涵盖2000W输出多种形式的开关电源产品，有望实现电力行业低碳、节能、绿色发展。
2023年9月28日，代表智慧产业发展之翼的第五届意法半导体产业峰会在深圳福田香格里拉大酒店隆重揭晓，并举行线上直播。分享前沿资讯。本次峰会的主题是聚焦永恒创新，驱动可持续变革。今天，世界面临着非凡的挑战，保护我们的星球不是一种选择，而是一种责任。半导体生态系统肩负着引领和促进快速创新的重要使命。作为可持续发展的重要推动者，意法半导体坚定承担责任，积极参与可持续发展创新。通过意法半导体优化智能、能源和电力转换，可加速可再生能源生产并提高能源效率。同时，我们利用尖端的产品和解决方案为减少碳排放铺平道路，加速实现碳中和目标，创造可持续的未来。通过本次峰会，意法半导体将与客户共同探索尖端的功率转换和能源解决方案，以在电力应用中实现更高的能源效率，加速可再生能源的发展。
本次峰会上，意法半导体研发（深圳）有限公司应用工程师徐嘉龙先生为大家做了关于《基于ST-ONEHP设计的140W USB-PD3.1 充电方案》的精彩演讲。 EVLONE140W是第一个根据USB-PD 3.1 EPR标准认证的参考设计。兼容宽输入电压范围，支持SPR 4级输出和EPR 28V 140W输出。
以上是140W USB-PD3.1设计的演示图及相关参数信息，支持USB-PD3.1输出电压5V、9V、15V、20V、28V，最大电流输出5A。 EVLONE140W采用集成数字控制解决方案和MasterGAN，以实现更高的效率和更高的功率密度。 EVLONE140W体积仅为85x55x23.5mm，凭借高开关频率实现了25W/英寸的高功率密度，在90Vac、115Vac、230Vac满载测试中实现了超过93%的功率转换效率。在230Vac满载测试中，转换效率达到94.4%，满足CoC Tier 2和DOE Level 6要求。
以上是EVLONE140W的典型应用电路图。该板是基于ST-ONEHP数字控制器，结合L6563S（PFC控制器）和MasterGaN1（600V半桥GaN芯片）的140W USB-PD3.1解决方案，功率密度超过25w/inch3。
基于ST-ONEHP 和MasterGaN 设计的5V 至28V140W USB-PD3.1 充电解决方案。支持90~264Vac宽电压输入和5V~28V宽电压输出。符合USB-PD 3.1 EPR认证，EPR最大输出功率140W（28V/5A），最大转换效率超过94%，集成ST-ONEHP，具有过流、过压、欠压等完善的保护功能和过温高速性能极高，单芯片可处理PD芯片、SR芯片、ACF芯片。
意法半导体L6563S 是一款增强型过渡模式PFC 控制器，通过升压整流滤波后的直流电源进行功率因数校正，具有超低启动电流100uA 和全面的保护功能。 14 - 采用SOIC 封装工艺，具有相同的功能和引脚与上一代L6563相比，提供了改进的性能和附加功能，高效可靠，可适应高达400W的产品应用。目前用在苹果的96W USB PD快充充电器A2166上。
上图是L6563S的输入电压跟踪功能的示例。您可以看到总线电压随着输入的变化而变化，从而使您能够在整个输入范围内优化效率。 Vo1和Vox可以根据您的设计需要进行调整。满足厂家调试需求。
集成数字ACF控制器ST-ONEHP的典型应用结构图从左到右包括X-cap放电、ACF控制、SR控制、Oring控制、PD3.1协议控制。
ST-ONEHP是一款新型非互补ACF控制的ST-ONE系列同步整流数字控制器，内置USB-PD 3.1 EPR协议，全球首款嵌入式控制器ARM Cortex M0+内核，离线可编程控制器和同步整流。 USB PD PHY，具有增强电流隔离的单片集成。 GaN 极短的开发周期和最小的BOM 相结合，使制造商能够快速高效地开发稳定、高效、高功率密度、快速充电的产品。适用于USB-PD 笔记本电脑适配器、高功率密度充电器、AC-DC 适配器和高功率充电器(USB EPR)。
以上是一般ACF控制方式的比较。一般互补型采用ZVS工作，优点是控制逻辑简单，缺点是效率低。第二种是常规的非互补型，其优点是次级电流为零时钳位管导通一次，因此钳位管中的有效电流较小。第三种是ST采用的新型非互补型，其优点是两次开通钳位、关断主开关管，次级电流为零，ZVS钳位范围宽，有效值电流大。是小。低，有效减少夹紧。管子的反向传导损耗更适合GaN管。
上图是ACF工作时典型的突发模式工作波形图，轻载或空载突发模式可以有效降低开关频率，减少开关损耗，提高效率。进入该模式。
以上是ACF的典型工作模式波形图，实现原边ZVS，副边ZVS，有效提高效率，降低EMI。
MASTERGAN1 原理图应用于ACF、集成栅极驱动器和两个增强型GaN 晶体管，以实现半桥配置的高级电源解决方案。主要由集成增强型GaN晶体管、集成电阻驱动电路、集成自举二极管等元件组成，并具有内部互锁功能防止共用、OTP功能等完善的保护功能。两管都有UVLO保护，防止电源被误用。供应避免在低效或危险条件下运行。采用集成智能封装QFN 9x9 mm，输入引脚范围从3.3V扩展到15V，具有迟滞和下拉功能，可轻松直接连接MCU、DSP、霍尔传感器等接口。通过内部集成多种功能并采用小型封装，可以有效优化电路设计和PCB体积。
分立式和集成式GaN 解决方案的比较。分立GaN 解决方案的栅极驱动环路中的寄生电感可能会导致栅极振铃并增加错误导通的可能性。电源环路中的寄生电感会导致更高的电压尖峰。为了减少上述影响，需要栅极电阻和优化布局的PCB以减少多层干扰。集成GaN解决方案在栅极驱动环路中具有最小的寄生电感，显着降低了Vgs振铃，并降低了栅极应力和驱动器输出阻尼电阻，从而提高了可靠性和更快的速度，实现了高开关速度，降低了开关损耗，并且电源的寄生电容减小。该环路可以显着降低Vds峰值，有效降低开关损耗和EMI，降低Vds电压应力。
上图是MASTERGAN栅极驱动逻辑真值表。
MASTERGAN*系列共有5款产品：ACF推荐的MasterGaN3（45W）、MasterGaN2（65W）、ACF推荐的MasterGaN5（100W）和MasterGaN4（200W），支持高达400W的产品应用。 LLC.），MasterGaN1（400W）。它是全球首款集成驱动器和两个650V 增强型GaN HEMT 晶体管解决方案，结构紧凑、坚固耐用、易于设计，适合众多制造商的调试和应用。
以上是MASTERGAN封装电路图及引脚对应功能。采用QFN 9x9 mm封装工艺，非常适合PCB布局，并且具有非常好的散热性能。
上图是意法半导体140W USB-PD3.1 解决方案演示的测试图，使用USB PD3.1 触发器进行测试。
使用STEVAL-PCCO20V2.1 测试您的设置。 ST-ONEHP允许通过调试来改变外围参数，显着缩短产品开发周期，使制造商调试更加容易，满足制造商开发多种产品的需求。
以上是意法半导体140W USB-PD3.1方案的温升测试，经过测试，Dmeo板主要部件的温升都在合理范围内。
上图是意法半导体140W USB-PD3.1解决方案的EMI测试。测试在230Vac 条件下进行。 EMI 性能在预期范围内。
以上是意法半导体140W USB-PD3.1解决方案的效率测试。经测试，该方案在90Vac条件下平均功率转换率超过91%，在28V输出时满载转换效率为93.17%。
以上是意法半导体140W USB-PD3.1解决方案的效率测试。测试条件为115Vac。满负载时，该解决方案的输出电压转换效率超过91%。对于28V输出，平均转换效率为92.68%，最大值接近94%。
以上是意法半导体140W USB-PD3.1解决方案的效率测试。测试条件为230Vac。满负载时，该解决方案的转换效率超过91%。对于15V输出，平均转换效率达到94.3。 %，最大值为95.21%，对于28V输出，平均转换效率为92.63%，最大值为94.4%。得益于高效的数字控制，它在115Vac和230Vac的测试条件下实现了非常高的转换效率。
以上是意法半导体提供的智能充电器解决方案，如果您有兴趣，请到意法半导体官网下载相关资料。
充电头网总结，快充行业碳达峰、碳中和的环保新理念受到广泛认可，尤其是在电源能效方面。当智能手机充电器符合新的电源能效强制性标准GB20943时，电源产品变得更加节能，减少碳排放，有助于打造绿色能源消费新模式。建设新型电力体系，清洁低碳是目标，安全富足是前提，经济性是关键。 ST推出了基于ST-ONEHP设计的140W USB-PD3.1充电解决方案。它不仅具有非常高的转换效率，而且还具有很高的能效标准。该产品还具有全面的保护和极低的调试成本。功能。显着缩短产品开发周期，使制造商调试更加方便，满足制造商开发多种产品的需求。该方案适用于USB-PD笔记本电脑适配器、高功率密度充电器、AC-DC适配器、大功率充电器等。